Как работает цифровой термометр для измерения температуры наружного воздуха. Какие схемы используются в цифровых термометрах. Какие преимущества имеют цифровые термометры перед аналоговыми. Какие датчики применяются в цифровых термометрах.
Содержание
Принцип работы цифрового термометра для измерения наружной температуры
Цифровой термометр для измерения температуры наружного воздуха состоит из нескольких основных компонентов:
Датчик температуры
Аналого-цифровой преобразователь (АЦП)
Микроконтроллер
Цифровой дисплей
Источник питания
Принцип работы такого термометра заключается в следующем:
Датчик температуры преобразует температуру в электрический сигнал
АЦП преобразует аналоговый сигнал с датчика в цифровой код
Микроконтроллер обрабатывает цифровой сигнал и вычисляет значение температуры
Результат выводится на цифровой дисплей
Типы датчиков температуры в цифровых термометрах
В цифровых термометрах для измерения наружной температуры воздуха чаще всего используются следующие типы датчиков:
Термисторы
Термисторы — это полупроводниковые резисторы, сопротивление которых сильно зависит от температуры. Они компактны, недороги и обеспечивают хорошую точность измерений.
Цифровые датчики температуры
Цифровые датчики типа DS18B20 имеют встроенный АЦП и выдают значение температуры сразу в цифровом виде. Это упрощает схему термометра.
Термопары
Термопары используются реже из-за сложности обработки их сигнала, но обеспечивают широкий диапазон измерений.
Преимущества цифровых термометров перед аналоговыми
Цифровые термометры для измерения наружной температуры имеют ряд преимуществ по сравнению с аналоговыми:
Более высокая точность измерений
Лучшая помехозащищенность
Возможность цифровой обработки и хранения данных
Простота интеграции с другими электронными системами
Компактные размеры
Низкое энергопотребление
Схема простого цифрового термометра на микроконтроллере
Рассмотрим принципиальную схему цифрового термометра для измерения наружной температуры на базе популярного микроконтроллера ATmega328:
Эта схема представляет собой простой, но функциональный цифровой термометр. Микроконтроллер ATmega328 считывает данные с цифрового датчика температуры DS18B20 и выводит результат на ЖК-дисплей.
Программирование цифрового термометра
Для работы цифрового термометра необходимо запрограммировать микроконтроллер. Вот пример базового кода на языке C для ATmega328:
«`c #include #include #include #include #include #define ONE_WIRE_BUS 7 // Пин для датчика DS18B20 OneWire oneWire(ONE_WIRE_BUS);
DallasTemperature sensors(&oneWire); LiquidCrystal lcd(4, 5, 0, 1, 2, 3); void setup() {
sensors.begin();
lcd.begin(16, 2);
lcd.print(«Temp: «);
} void loop() {
sensors.requestTemperatures();
float tempC = sensors.getTempCByIndex(0);
lcd.setCursor(6, 0);
lcd.print(tempC);
lcd.print(» C»);
_delay_ms(1000);
} «` Этот код инициализирует датчик DS18B20 и ЖК-дисплей, затем в бесконечном цикле считывает температуру и выводит её на экран. Обновление показаний происходит каждую секунду.
Калибровка цифрового термометра
Для обеспечения точности измерений цифровой термометр необходимо откалибровать. Процесс калибровки включает следующие шаги:
Измерение температуры эталонным термометром
Сравнение показаний цифрового и эталонного термометров
Корректировка коэффициентов в программе микроконтроллера
Повторные измерения для проверки точности
Калибровку рекомендуется проводить при нескольких температурах в рабочем диапазоне термометра.
Особенности измерения наружной температуры
При измерении температуры наружного воздуха необходимо учитывать следующие факторы:
Влияние солнечной радиации
Воздействие осадков
Ветровое охлаждение датчика
Тепловое излучение окружающих объектов
Для минимизации этих влияний датчик температуры помещают в специальный защитный экран с естественной вентиляцией. Это позволяет получить более точные показания температуры воздуха.
Перспективы развития цифровых термометров
Современные тенденции в развитии цифровых термометров для измерения наружной температуры включают:
Интеграцию с системами «умного дома»
Беспроводную передачу данных
Использование энергоэффективных технологий
Применение машинного обучения для прогнозирования погоды
Миниатюризацию устройств
Эти инновации позволяют создавать более функциональные и удобные в использовании термометры для измерения температуры наружного воздуха.
Схема Цифрового термометра на КР572ПВ5 с ЖК индикатором
Автор утверждает, что сравнительная простота и неплохие технические параметры этого прибора могут вызвать определенный интерес, так как главным отличием этого варианта термометра от опубликованных ранее в литературе [1, 2], в которых в качестве основного элемента использовался аналого-цифровой преобразователь (АЦП) КР572ПВ2 (К572ПВ2) или КР572ПВ5, заключается в том, что в нем нет операционных усилителей (ОУ), служащих для каких-либо преобразований сигнала датчика температуры.
Это: во-первых, упрощает входные цепи термометра, во-вторых, позволяет избежать дополнительных погрешностей, неизбежно возникающих в основном за счет температурного дрейфа напряжения смещения ОУ при значительных изменениях температуры окружающего воздуха.
Упомянутые выше АЦП обладают высоким входным сопротивлением, широким динамическим диапазоном входных сигналов и могут быть непосредственно подключены к датчику температуры, если, конечно, он имеет хорошую линейность во всем диапазоне измеряемых температур [3].
Датчиком температуры описываемого прибора служит кремниевый диод. При этом используется линейная зависимость падения напряжения на нем от температуры при фиксированном прямом токе смещения. Температурный коэффициент напряжения (ТКН) для кремниевых диодов практически постоянен в диапазоне -6О…+1ОО°С и составляет -2…-2,5 мВ/°С — в зависимости от типа диода и значения тока смещения [4]. Как показали исследования, практически любой кремниевый диод или транзистор может быть использован как линейный температурный преобразователь в диапазоне от -55°С до+125°С [5].
Основные технические характеристики термометра:
Интервал измеряемой температуры, °С……….-50…+120 Разрешающая способность, °С……0,1 Погрешность измерения, °С: на краях рабочего интервала…..±0,7 в средней части рабочего интервала, не хуже………………….±0,3 Диапазон изменения температуры окружающего воздуха, °С…….0…50 Напряжение источника питания, В …
.9 Потребляемый ток, мА, не более …. 1,5
Датчик термометра, функцию которого выполняет диод VD1, питается от источника тока, выполненного на полевом транзисторе VT1. С анода датчика сигнал, линейно зависящий от измеряемой температуры, через фильтр помех R5C1 поступает на вывод 30 инвертирующего входа микросхемы DD1 (поскольку ТКН диодного датчика отрицателен). Принципиальная схема цифрового термометра приведена на рис.1.
В качестве источника стабильного напряжения, питающего цепи, определяющие точность термометра, используется разность напряжений между выводами 1 и 32 D01, которая поддерживается внутренним стабилизатором АЦП на уровне 2,8 ± 0,4В. Температурный коэффициент этой разности напряжений равен примерно 10″4-К~’ [6]. Чтобы свести к минимуму влияние этого ТКН на процесс измерения, в прибор введен еще один источник тока — на транзисторе VT2. Он питает подстроенные резисторы R3 и R4, служающие для калибровки термометра.
Транзистор VT3 обеспечивает индикацию десятичной точки во втором разряде ЖКИ HG1. Источником питания прибора может быть батарея «Корунд» или аккумуляторная батарея 7Д-0.125. Работоспособность термометра и все его параметры сохраняются при снижении напряжения источника питания до 6,8 В.Конструкция датчика температуры зависит от используемого диода. Для диода КД102А она может быть заимствована из [7]. Резисторы R1 и R2 лучше взять типа С2-29В; подстроечные R3 и R4 — СП5-2, остальные — МЛТ-0,125. Конденсаторы С3 и С4 — К71-5, К72-9, К73-16; С6 -оксидный К52-16; остальные могут быть любого типа.
Перед установкой транзисторов VT1 и VT2 желательно найти их термостабильные рабочие точки. Для этого транзистор вместе с резистором между затвором и стоком нужно подключить через миллиамперметр к источнику стабилизированного напряжения 2,8В и изменить температуру транзистора, касаясь его корпуса сначала горячим, затем холодным металлическим предметом. Подбором резистора добиться наименьшего изменения тока стока в диапазоне температуры 0…50°С. Номиналы подбираемых резисторов R1 и R2 могут значительно отличаться от указанных на схеме.
Ток стока транзисторов VT1 и VT2 должен быть в пределах 200…300 мкА.
В домашних условиях настраивать термометр удобнее всего по температуре таяния льда и кипения воды. Предварительно движок резистора R3 следует установить в положение, соответствующее напряжению на нем 0,57…0,6В, а движок резистора R4 — 0,21 …0,23В. Измеряя датчиком температуру воды тающего льда, установите резистором R3 нулевые показания индикатора прибора. Затем, поместив датчик в кипящую воду, резистором R4 устанавливают показания, равные температуре кипения воды при данном атмосферном давлении. Такую процедуру настройки следует повторить несколько раз.
Если термометр не предполагается использовать в условиях значительных колебаний температуры окружающего воздуха, то без особого ущерба для точности измерений можно исключить источник тока VT2R2. А если и интервал измеряемых температур будет значительно уже, чем указанный в технических характеристиках, то можно исключить и источник тока VT1R1. При замене их резисторами сопротивлением 6,2 кОм режим работы прибора (токи через датчик VD1 и резисторы R3, R4) практически не изменится.
Такое упрощение термометра вполне приемлемо для измерения, например, температуры воздуха внутри жилого помещения. Можно также значительно (в 10 … 15 раз) увеличить сопротивление этих резисторов, но тогда придется пропорционально увеличить и сопротивление подстроечных резисторов R3, R4.
Экспериментируя с термометром, не следует забывать, что неточность в выборе режимов транзисторов VT1, VT2 ухудшает его стабильность работы значительно больше, чем при замене их резисторами.
К сожалению, в случае замены датчика, например, из-за выхода его из строя, неизбежна повторная настройка термометра. Объясняется это значительным разбросом параметров р-n переходов полупроводниковых диодов. Некоторые зарубежные фирмы выпускают диоды и транзисторы специально для использования в качестве датчика температуры. У них хорошая повторяемость параметров и нормированная нелинейность вольт-градусной характеристики. Однако можно заранее подобрать несколько диодов с близкими характеристиками и проверить их на работающем термометре.
Работоспособность описанного термометра в области отрицательных температур окружающего воздуха ограничена только особенностями используемого ЖКИ. Вариант его, собранный на микросхеме КР572ПВ2 и люминесцентных индикаторах, нормально функционировал при температуре -20°С.
В. Цибин Литература:
1.Хоменков М., Зверев А. Цифровой термометр. — Радио, 1985, № 1, с. 47—49. 2. Суетин В. Бытовой цифровой термометр. -Радио, 1991, № 10, с. 28-31.
3. Вюрцбург, Хадли. Цифровой термометр, не имеющий температурного дрейфа. — Электроника, 1978, № 1, том 51, с. 78—80.
4. Коноплев П., Мартынюк А. Термометр с линейной шкалой. — Радио, 1982, № 7, с. 37.
5. Josep J. Carr. Temperature measurement. — Radio-Electronics. November, 1981, № 11, volume 52, p. 57-59.
6. Путников В. Интегральная электроника в измерительных устройствах. — М.: Энергоатомиздат, 1988, с. 257.
7.Власов Ю. Электронный термометр. — Радио, 1994, № 12, с. 39.
Аналоговый и цифровой электронный термометр на LM35
Главная » Измерение и контроль » Аналоговый и цифровой электронный термометр на LM35
Электронный термометр имеет бесчисленное множество применений. Не везде можно использовать стандартный ртутный термометр по причине его размера, хрупкости и отсутствия возможности измерять температуру на расстоянии.
Преимуществом же электронного термометра является небольшие размеры и теплоемкость датчика, более быстрое измерение и отсутствие токсичной ртути. Сигнал с его выхода можно использовать для цифровой обработки и записи температуры, сигнализации об изменении температуры или в работе термостата.
Для создания электронного термометра можно использовать интегральную микросхему LM35 в корпусе TO92. Это трех контактный линейный датчик температуры выдает на выходе напряжение пропорциональное температуре в градусах Цельсия.
Преобразованное выходное напряжение составляет 10 мВ/°C, поэтому сигнал с данного датчика можно использовать непосредственно для отображения на цифровом вольтметре. В качестве вольтметра можно использовать обычный мультиметр или цифровой панельный вольтметр.
Если мы хотим собрать термометр как расширение для мультиметра, то мы можете использовать делитель напряжения чтобы получить сигнал в соотношении 1 мВ/°C. Таким образом, с помощью такой схемы и обычного мультиметра с диапазоном измерения от 200 мВ до 0,1 мВ мы получим термометр с разрешением 0,1 °C.
С датчиком температуры LM35 можно построить и аналоговый термометр, применив стрелочный вольтметр. По линии питания необходимо добавить фильтрующий конденсатор емкостью 100n, поскольку при использовании термометра рядом с электроникой, генерирующей электромагнитные помехи, данные искажаются до 10 °C.
При измерении температуры радиаторов импульсных блоков питания без такого конденсатора показания температуры значительно искажаются.
Диапазон напряжения питания LM35 составляет от 4 до 30 В (рекомендуемое напряжение до 20 В). В качестве источника питания модно использовать батарею на 9 В. Потребление тока составляет всего около 50 — 100 мкA, что позволяет работать от одной батареи до тысяч часов (!!!).
Некоторые версии LM35 имеют ограниченный температурный диапазон, например LM35C, LM35CA обеспечивают измерения в диапазоне от -40 °C до +110 °C, LM35D от 0 °C до +100 °C, LM35 (без букв) в полном диапазоне от -55 °C до 150 °C.
Цифровой термометр от 2 до 150 °C
На рисунке 1 представлена простейшая схема термометра на LM35, работающего в диапазоне от 2 до 150 °C. Напряжение питания составляет 4…30В.
Схема может использоваться для измерения температуры окружающей среды, температуры тела, температуры различного оборудования, кулеров, процессора и т. д.
На рис. 2 показана его модификация с использованием делателя напряжения для получения выходного значения в соотношении 1 мВ/°C.
Блок питания 0…30В/3A
Набор для сборки регулируемого блока питания…
Подробнее
Цифровой термометр от -55 до 150 °C
На рис. 3 показана простейшая схема подключения LM35 для получения термометра с диапазоном измерения от -55 до 150 °C.
На рис. 4 показана схема с делителем напряжения, позволяющая получить соотношение 1 мВ/°C.
Для измерения отрицательной температуры требуется источник небольшого отрицательного напряжения на выводе 3, которое подается на вывод 2. В данном случае отрицательное напряжение создается падением напряжения на двух диодах (например, 1N4148).
Схема может быть запитана напряжением от 5 до 30 В (падение напряжения на диодах увеличивает минимально необходимое напряжение примерно на 1 В).
Схема может быть применена там, где необходимо измерять отрицательную температуру, например, при измерении температуры наружного воздуха, температуры в морозильной камере, при работе с элементами Пельтье и т. д.
Аналоговый электронный термометр 2-150 °C
На рисунке 5 представлена простейшая схема аналогового электронного термометра собранного с использованием датчика LM35 и стрелочного амперметра.
Переменный резистор P1 предназначен для приведения в соответствие отображаемой температуры с реальной температурой. Температуру, при которой стрелка амперметра максимально отклоняется, можно рассчитать по формуле:
t = R * I / 10 000
Сопротивление R является суммой сопротивления переменного резистора P1 и сопротивления катушки амперметра в Ом. Ток I — это ток максимального отклонения амперметра в мкА.
Инвертор 12 В/ 220 В
Инвертор с чистой синусоидой, может обеспечивать питание переменно…
Подробнее
Приборы для измерения температуры самолета
Для правильной эксплуатации самолета необходимо знать температуру многих предметов. Моторное масло, карбюраторная смесь, впускной воздух, наружный воздух, головки цилиндров двигателя, каналы нагревателя и температура выхлопных газов газотурбинных двигателей — все это элементы, требующие контроля температуры. Должны быть известны и многие другие температуры. Различные типы термометров используются для сбора и представления информации о температуре.
Неэлектрические индикаторы температуры
Физические характеристики большинства материалов изменяются при изменении температуры. Изменения постоянны, такие как расширение или сжатие твердых тел, жидкостей и газов. Коэффициент расширения различных материалов различен и уникален для каждого материала. Почти все знакомы с жидкостным ртутным термометром. Когда температура ртути увеличивается, она расширяется вверх по узкому проходу, на котором есть градуированная шкала, чтобы определить температуру, связанную с этим расширением. Ртутный термометр не имеет применения в авиации.
Биметаллический термометр очень полезен в авиации. Термочувствительный элемент биметаллического термометра состоит из двух полос разнородных металлов, соединенных между собой. Каждый металл расширяется и сжимается с разной скоростью при изменении температуры. Один конец биметаллической полосы закреплен, другой конец намотан. К витому концу, установленному в корпусе прибора, прикреплен указатель. Когда биметаллическая полоса нагревается, два металла расширяются. Поскольку их скорости расширения различаются, и они прикреплены друг к другу, эффект заключается в том, что скрученный конец пытается развернуться, поскольку один металл расширяется быстрее, чем другой. При этом указатель перемещается по циферблату прибора. Когда температура падает, металлы сжимаются с разной скоростью, что приводит к стягиванию катушки и перемещению стрелки в противоположном направлении.
Биметаллические датчики температуры прямого считывания часто используются в легких самолетах для измерения температуры атмосферного воздуха или температуры наружного воздуха (OAT). В этом приложении собирающий зонд выступает через лобовое стекло самолета и подвергается воздействию атмосферного воздуха. Свернутый конец биметаллической полоски в головке прибора находится прямо внутри лобового стекла, где его может прочитать пилот. [Рисунки 1 и 2]
Рисунок 1. Биметаллический датчик температуры работает из-за различных коэффициентов расширения двух металлов, связанных вместе. При сгибании в спираль охлаждение или нагрев заставляют спираль из разнородного металла затягиваться или разматываться, перемещая указатель по шкале температур на циферблате прибора 9. 0022
Рисунок 2. Биметаллический внешний дат калибр в простых легких самолетах. Путем калибровки циферблата манометра с трубкой Бурдона по температурной шкале он может показывать температуру. Основой для работы является постоянное расширение пара, производимого летучей жидкостью в замкнутом пространстве. Это давление пара изменяется непосредственно с температурой. При заполнении чувствительной колбы такой летучей жидкостью и подключении ее к трубке Бурдона трубка вызывает индикацию повышения и падения давления пара из-за изменения температуры. Калибровка циферблата в градусах Фаренгейта или Цельсия, а не в фунтах на квадратный дюйм, обеспечивает показание температуры. В датчике этого типа чувствительная колба размещается в области, в которой необходимо измерить температуру. Длинная капиллярная трубка соединяет грушу с трубкой Бурдона в корпусе прибора. Узкий диаметр капиллярной трубки гарантирует, что летучая жидкость будет легкой и останется в основном в колбе датчика. Температуру масла иногда измеряют таким образом.
Индикация электрического измерения температуры
Использование электричества для измерения температуры очень распространено в авиации. Следующие системы измерения и индикации можно найти на многих типах самолетов. Определенные диапазоны температур лучше измерять тем или иным типом системы.
Электрический термометр сопротивления
Основными частями электрического термометра сопротивления являются показывающий прибор, термочувствительный элемент (или колба), соединительные провода и штепсельные разъемы. Термометры электрического сопротивления широко используются во многих типах самолетов для измерения температуры воздуха в карбюраторе, масла, температуры атмосферного воздуха и многого другого. Они используются для измерения низких и средних температур в диапазоне от –70 °C до 150 °C.
Для большинства металлов электрическое сопротивление изменяется при изменении температуры металла. По этому принципу работает термометр сопротивления. Как правило, электрическое сопротивление металла увеличивается с повышением температуры. Различные сплавы имеют высокий коэффициент термостойкости, что означает, что их сопротивление значительно зависит от температуры. Это может сделать их подходящими для использования в устройствах измерения температуры. Металлический резистор подвергается воздействию жидкости или области, в которой необходимо измерить температуру. Он соединен проводами с устройством измерения сопротивления внутри индикатора кабины. Циферблат прибора откалиброван в градусах Фаренгейта или Цельсия по желанию, а не в омах. При изменении измеряемой температуры изменяется сопротивление металла, и индикатор измерения сопротивления показывает, в какой степени.
Типичный термометр электрического сопротивления выглядит так же, как и любой другой датчик температуры. Индикаторы доступны в двойной форме для использования в многодвигательных самолетах. Большинство индикаторов самокомпенсируются при изменении температуры в кабине. Терморезистор изготавливается таким образом, что он имеет определенное сопротивление для каждого значения температуры в пределах своего рабочего диапазона. Термочувствительный резистивный элемент представляет собой отрезок или обмотку из никель-марганцевой проволоки или другого подходящего сплава в изоляционном материале. Резистор защищен металлической трубкой с закрытым концом, прикрепленной к резьбовой заглушке с шестигранной головкой. [Рисунок 3] Два конца обмотки припаяны или приварены к электрической розетке, предназначенной для приема штырей вилки разъема.
Рис. 3. Чувствительная колба электрического термометра сопротивления
Индикатор содержит прибор для измерения сопротивления. Иногда используется модифицированная форма схемы моста Уитстона. Измеритель с мостом Уитстона работает по принципу уравновешивания одного неизвестного сопротивления другими известными сопротивлениями. Упрощенная форма схемы моста Уитстона показана на рисунке 4. Три одинаковых сопротивления [рис. 4A, B и C] соединены в мостовую схему в форме ромба. Резистор с неизвестным значением [Рисунок 4D] также является частью схемы. Неизвестное сопротивление представляет собой сопротивление термобаллона системы электрического термометра сопротивления. Гальванометр присоединен поперек цепи в точках X и Y.
Когда температура заставляет сопротивление лампы равняться сопротивлению других сопротивлений, разность потенциалов между точками X и Y в цепи отсутствует. Следовательно, в плече гальванометра цепи ток не течет. Если температура колбы изменяется, ее сопротивление также изменяется, и мост становится неуравновешенным, в результате чего ток течет через гальванометр в том или ином направлении. Стрелка гальванометра на самом деле является стрелкой датчика температуры. Когда он движется по циферблату, откалиброванному в градусах, он показывает температуру. Многие индикаторы снабжены винтом регулировки нуля на лицевой стороне прибора. Это регулирует натяжение обнуляющей пружины указателя, когда мост находится в точке баланса (положение, в котором мостовая схема уравновешена и через счетчик не протекает ток).
Ратиометр Электрические термометры сопротивления
Другим способом определения температуры при использовании электрического термометра сопротивления является использование логометра. Индикатор моста Уитстона подвержен ошибкам из-за колебаний сетевого напряжения. Рационометр более стабилен и может обеспечить более высокую точность. Как следует из названия, логометрический термометр сопротивления измеряет соотношение токов.
Чувствительная часть колбы сопротивления логометра электрического термометра сопротивления по существу такая же, как описано выше. Схема содержит переменное сопротивление и постоянное сопротивление для обеспечения индикации. Он содержит две ветви для текущего потока. У каждого есть катушка, установленная с обеих сторон узла указателя, который установлен в магнитном поле большого постоянного магнита. Изменяющийся ток, протекающий через катушки, вызывает формирование различных магнитных полей, которые реагируют с большим магнитным полем постоянного магнита. Это взаимодействие вращает указатель относительно циферблата, откалиброванного в градусах Фаренгейта или Цельсия, что дает индикацию температуры. [Рисунок 5]
Рис. 5. Индикатор измерения температуры ратиометра имеет две катушки. Поскольку сопротивление колбы датчика зависит от температуры, через катушки протекает разный ток. Это создает различные магнитные поля. Эти поля взаимодействуют с магнитным полем большого постоянного магнита, что приводит к индикации температуры
Концы магнитных полюсов постоянного магнита ближе вверху, чем внизу. Это приводит к тому, что линии потока магнитного поля между полюсами более сосредоточены вверху. Поскольку две катушки создают свои магнитные поля, более сильное поле взаимодействует и поворачивается вниз в более слабую, менее концентрированную часть поля постоянного магнита, в то время как более слабое магнитное поле катушки смещается вверх к более концентрированному полю потока большого магнита. Это обеспечивает уравновешивающий эффект, который изменяется, но остается сбалансированным, поскольку напряженность поля катушки меняется в зависимости от температуры и результирующего тока, протекающего через катушки.
Например, если сопротивление термобаллона равно значению постоянного сопротивления (R), через катушки протекают равные значения тока. Крутящие моменты, вызванные магнитным полем, создаваемым каждой катушкой, одинаковы и компенсируют любое движение в большем магнитном поле. Стрелка индикатора будет находиться в вертикальном положении. Если температура лампы увеличивается, ее сопротивление также увеличивается. Это приводит к увеличению тока, протекающего через ветвь цепи катушки А. Это создает более сильное магнитное поле в катушке A, чем в катушке B. Следовательно, крутящий момент на катушке A увеличивается, и она притягивается вниз в более слабую часть большого магнитного поля. В то же время через резистор колбы датчика и катушку B протекает меньший ток, в результате чего катушка B формирует более слабое магнитное поле, которое притягивается вверх в область более сильного магнитного поля постоянного магнита. Стрелка перестает вращаться, когда поля достигают новой точки баланса, которая напрямую связана с сопротивлением в сенсорной лампе. Противоположное этому действие имело бы место, если бы температура термочувствительной колбы понизилась.
Ратиометрические системы измерения температуры используются для измерения температуры моторного масла, наружного воздуха, воздуха в карбюраторах и других температур во многих типах самолетов. Они особенно востребованы для измерения температурных условий, где важна точность или встречаются большие колебания напряжения питания.
Индикаторы температуры термопары
Термопара представляет собой цепь или соединение двух разнородных металлов. Металлы соприкасаются в двух отдельных соединениях. Если один из спаев нагревается до более высокой температуры, чем другой, в цепи возникает электродвижущая сила. Это напряжение прямо пропорционально температуре. Итак, измеряя величину электродвижущей силы, можно определить температуру. Вольтметр помещают на более холодный из двух спаев термопары. При необходимости он калибруется в градусах Фаренгейта или Цельсия. Чем горячее становится высокотемпературный спай (горячий спай), тем больше создаваемая электродвижущая сила и тем выше показания температуры на измерителе. [Рисунок 6]
Рис. 6. Термопары объединяют два разных металла, которые при нагревании вызывают протекание тока
Термопары используются для измерения высоких температур. Двумя распространенными приложениями являются измерение температуры головки блока цилиндров (CHT) в поршневых двигателях и температуры выхлопных газов (EGT) в газотурбинных двигателях. Выводы термопар изготавливаются из различных металлов в зависимости от максимальной температуры, которой они подвергаются. Железо и константан или медь и константан обычно используются для измерения ТГС. Хромель и алюмель используются для термопар турбины EGT.
Величина напряжения, создаваемого разнородными металлами при нагревании, измеряется в милливольтах. Поэтому выводы термопары предназначены для обеспечения определенного сопротивления в цепи термопары (обычно очень небольшого). Их материал, длина или размер поперечного сечения не могут быть изменены без компенсации возможного изменения общего сопротивления. Каждый провод, соединяющий обратно с вольтметром, должен быть изготовлен из того же металла, что и часть термопары, к которой он подключен. Например, медный провод подключается к медной части горячего спая, а константановый провод подключается к константановой части.
Горячий спай термопары имеет разную форму в зависимости от области применения. Двумя распространенными типами являются прокладка и байонет. В прокладочном типе два кольца из разнородных металлов спрессованы вместе, образуя прокладку, которую можно установить под свечу зажигания или прижимную гайку цилиндра. В байонетном типе металлы соединяются внутри перфорированной защитной оболочки. Байонетные термопары вставляются в отверстие или колодец в головке блока цилиндров. В газотурбинных двигателях они установлены на входном или выходном корпусе турбины и проходят через корпус в газовый поток. Обратите внимание, что для индикации CHT цилиндр, выбранный для установки термопары, является наиболее горячим в большинстве рабочих условий. Расположение этого цилиндра различается в разных двигателях. [Рисунок 7]
Рис. 7. Термопара головки блока цилиндров с горячим спаем в виде прокладки предназначена для установки под свечу зажигания или гайку крепления цилиндра самого горячего цилиндра (А). Термопара байонетного типа устанавливается в отверстие в стенке цилиндра (В)
Холодный спай цепи термопары находится внутри корпуса прибора. Поскольку ЭДС, возникающая в цепи, меняется в зависимости от разницы температур между горячим и холодным спаем, необходимо компенсировать в индикаторном механизме изменения температуры в кабине, влияющие на холодный спай. Это достигается с помощью биметаллической пружины, соединенной с индикаторным механизмом. Это фактически работает так же, как биметаллический термометр, описанный ранее. Когда провода отсоединены от индикатора, по циферблату индикатора можно считывать температуру в зоне кабины вокруг приборной доски. [Рисунок 8] Цифровые светодиодные индикаторы для CHT также распространены в современных самолетах.
Рис. 8. Типовые термопарные индикаторы температуры
Система индикации температуры газа в турбине является критическим параметром работы газотурбинного двигателя
EGT
. Система индикации выхлопных газов обеспечивает визуальную индикацию температуры в кабине выхлопных газов турбины на выходе из турбоагрегата. В некоторых газотурбинных двигателях температура выхлопных газов измеряется на входе в турбоагрегат. Это называется системой индикации температуры на входе в турбину (TIT).
Несколько термопар используются для измерения EGT или TIT. Они расположены с интервалом по периметру корпуса турбины двигателя или выхлопного канала. Крошечные напряжения термопары обычно усиливаются и используются для питания серводвигателя, который приводит в движение указатель индикатора. Отключение цифровой барабанной индикации от движения указателя является обычным явлением. [Рисунок 9] Показанный индикатор EGT представляет собой герметично закрытый блок. Шкала прибора колеблется от 0 °C до 1200 °C, нониусный циферблат находится в верхнем правом углу, а флажок предупреждения об отключении питания расположен в нижней части циферблата.
Рис. 9. Типовая система термопары температуры выхлопных газов Можно использовать многочисленные термопары со средним напряжением, представляющим TIT. Существуют двойные термопары, содержащие два электрически независимых перехода в одном датчике. Один комплект этих термопар подключен параллельно для передачи сигналов на индикатор кабины. Другой набор параллельных термопар передает температурные сигналы системам контроля и управления двигателем. Каждая цепь электрически независима, что обеспечивает двойную надежность системы.
Схема системы температуры на входе в турбину одного двигателя четырехмоторного газотурбинного самолета показана на рисунке 10. Схемы для трех других двигателей идентичны этой системе. Индикатор содержит мостовую схему, схему прерывателя, двухфазный двигатель для привода указателя и потенциометр обратной связи. Также включены схема опорного напряжения, усилитель, флаг отключения питания, источник питания и индикатор перегрева. С выхода усилителя подается питание на переменное поле двухфазного двигателя, позиционирующего основную стрелку индикатора и цифровой индикатор. Двигатель также приводит в действие потенциометр обратной связи, чтобы обеспечить гудящий сигнал для остановки приводного двигателя, когда будет достигнуто правильное положение указателя относительно температурного сигнала. Цепь опорного напряжения обеспечивает точно регулируемое опорное напряжение в мостовой схеме, чтобы исключить ошибку из-за изменения входного напряжения в источнике питания индикатора.
Рисунок 10. Типовая аналоговая система индикации температуры на входе в турбину Внешний тестовый переключатель обычно устанавливается так, чтобы сигнальные лампы перегрева для всех двигателей можно было проверить одновременно. При срабатывании тестового выключателя сигнал перегрева имитируется в мостовой цепи управления температурой каждого индикатора.
Цифровые бортовые приборы не должны использовать индикаторы сопротивления и термопары с сервоприводом для предоставления пилоту информации о температуре. Значения сопротивления датчиков и напряжения вводятся в соответствующий компьютер, где они регулируются, обрабатываются, контролируются и выводятся для отображения на табло в кабине экипажа. Они также отправляются для использования другими компьютерами, которым требуется информация о температуре для контроля и мониторинга различных интегрированных систем.
Измерение общей температуры воздуха
Температура воздуха является важным параметром, от которого зависят многие параметры контроля и управления производительностью. Во время полета статическая температура воздуха постоянно меняется, и точное измерение представляет собой проблему. Ниже 0,2 Маха простой резистивный или биметаллический датчик температуры может предоставить относительно точную информацию о температуре воздуха. При более высоких скоростях трение, сжимаемость воздуха и поведение пограничного слоя усложняют точное определение температуры. Общая температура воздуха (TAT) представляет собой статическую температуру воздуха плюс любое повышение температуры, вызванное высокоскоростным движением самолета по воздуху. Повышение температуры известно как подъем тарана. Датчики TAT сконструированы специально для точного захвата этого значения и передачи сигналов для индикации в кабине, а также для использования в различных системах двигателей и самолетов.
Простые системы ТАТ включают датчик и индикатор со встроенной схемой компенсации сопротивления. Поток воздуха через датчик разработан таким образом, что воздух с точной температурой воздействует на резистивный элемент из платинового сплава. Датчик разработан для регистрации изменений температуры с точки зрения изменения сопротивления элемента. При включении в мостовую схему стрелка индикатора перемещается в ответ на дисбаланс, вызванный переменным резистором.
В более сложных системах используется технология коррекции сигнала и усиленные сигналы, посылаемые на серводвигатель для регулировки индикатора в кабине. Эти системы включают строго регулируемое электропитание и мониторинг отказов. Они часто используют цифровые показания барабанного типа, но также могут быть отправлены на драйвер ЖК-дисплея для подсветки ЖК-дисплеев. Многие ЖК-дисплеи многофункциональны, способны отображать статическую температуру воздуха и реальную скорость полета. В полностью цифровых системах сигналы коррекции вводятся в АЦП. Там ими можно манипулировать соответствующим образом для отображения в кабине или для любой системы, требующей информации о температуре. [Рисунок 11]
Рис. 11. Различные дисплеи ТАТ в кабине экипажа
Конструкция датчика/зонда ТАТ осложняется возможностью образования льда в условиях обледенения. Если датчик не нагревается, он может перестать функционировать должным образом. Включение нагревательного элемента угрожает точному сбору данных. Нагрев зонда не должен влиять на сопротивление чувствительного элемента. [Рис. 12]
Рис. 12. Датчики общей температуры воздуха (TAT)
На этапе проектирования большое внимание уделяется расходу воздуха и проводимости материалов. Некоторые датчики ТАТ направляют отбираемый воздух через блоки, чтобы воздействовать на поток наружного воздуха, так что он поступает непосредственно на платиновый датчик, не получая дополнительной энергии от нагревателя датчика.
СВЯЗАННЫЕ ПОСТЫ
Классификационные приборы
Приборы для измерения давления
Дистанционное зондирование и индикация
Индикаторы механического движения
Указывает инструменты
Источники мощности для гироскопических инструментов
с Gyroscopic instrumps while hyroscopic stramples hyroscopic instrumments
. в вашем смартфоне есть датчики температуры, они не измеряют температуру в помещении. Вместо этого эти датчики выполняют жизненно важную функцию для вашего телефона, предотвращая повреждение аккумулятора и других компонентов от перегрева.
Для измерения температуры окружающей среды с помощью iPhone вам потребуется отдельное устройство. Использование внешнего датчика предотвращает влияние тепла, выделяемого вашим смартфоном, на ваши показания температуры. Мы рекомендуем несколько различных удаленных мониторов температуры, которые мы рассмотрим чуть позже. Но сначала давайте более подробно ответим на несколько вопросов, которые могут у вас возникнуть об iPhone и датчиках температуры.
Наша команда редакторов самостоятельно исследует, тестирует и рекомендует лучшие продукты, которые помогут вам ориентироваться при совершении покупок в Интернете. Этот пост содержит оплачиваемые ссылки, и если вы совершите покупку по включенным ссылкам, мы можем получить комиссию. Чтобы узнать больше, прочитайте наш отказ от ответственности.
Содержание
Есть ли в iPhone термометр?
В iPhone есть датчики температуры, но, как и в других смартфонах, Apple использует датчики для контроля температуры батареи и процессора. При экстремальных температурах (жарко или холодно) эти датчики отключают устройство, чтобы предотвратить его повреждение.
Для успешного измерения температуры воздуха вам понадобится датчик снаружи устройства, как можно дальше от внутренних компонентов. Эту настройку было бы нелегко построить, не нарушив дизайн самого телефона. Но даже если бы Apple разработала телефон с датчиком снаружи, показания температуры все равно не были бы точными, потому что ваше устройство излучает тепло.
Есть ли приложение для измерения комнатной температуры для iPhone?
Некоторые разработчики приложений создали для iPhone приложения с комнатной температурой. Они все еще используют данные от этих внутренних датчиков температуры и подключают их к алгоритму для оценки температуры окружающей среды.
Как вы знаете, эти датчики температуры не предназначены для такого использования, и любые показания, предлагаемые приложениями, являются только приблизительными и будут иметь высокую погрешность. Мы рекомендуем вам держаться подальше от этих типов приложений и вместо этого приобрести внешний датчик температуры, такой как монитор температуры WiFi, который можно просматривать через сопутствующее приложение на вашем смартфоне для получения наиболее точных показаний.
Удаленный датчик температуры может подключаться к вашему телефону через Wi-Fi или Bluetooth, так что вы можете оставить датчик в комнате и удаленно контролировать температуру и влажность в любое время на вашем iPhone. Вы даже сможете просматривать исторические данные и устанавливать пользовательские оповещения, когда температура или влажность превышают ваш идеальный диапазон.
Лучшие устройства для измерения комнатной температуры с помощью iPhone
Существует несколько отличных датчиков для измерения температуры окружающей среды с помощью iPhone, каждый из которых имеет сопутствующее приложение для удаленного контроля показаний. Три приведенных ниже устройства получили самые лучшие отзывы от наших читателей и являются нашими лучшими рекомендациями.
1. Датчик температуры и влажности Temp Stick WiFi
ПРОВЕРИТЬ ЦЕНУ НА TEMPSTICK.COM
Temp Stick, безусловно, является одним из наших любимых WiFi-термометров для использования со смартфоном. Это точное, надежное и интуитивно понятное приложение делает его очень простым в использовании. При питании от 2 батареек типа АА вы сможете использовать его в течение года без замены батарей, а при подключении к Wi-Fi размещение Temp Stick ограничено только радиусом действия вашей беспроводной сети.
Настройка устройства очень проста: большинство покупателей сообщают, что им требуется менее пяти минут, чтобы установить приложение и подключить датчик к своей сети WiFi. Вы можете просматривать текущие и исторические показания температуры и влажности, устанавливать пользовательские оповещения и изменять настройки через приложение. Temp Stick может даже хранить до 100 показаний во внутренней памяти, если вы потеряете связь, и, что самое приятное, за пользование услугой не взимается абонентская плата.
Еще одна замечательная функция — возможность оповещать до десяти контактов, когда температура превышает заданный порог. Эта функция оповещения делает его отличным вариантом для предприятий, которые могут продавать товары, чувствительные к температуре. Вы также можете легко использовать его дома, чтобы уведомить всю семью о потенциальной проблеме.
2. Беспроводной термометр и гигрометр SensorPush
ПРОВЕРИТЬ ЦЕНУ НА AMAZON
Как и Temp Stick, SensorPush также позволяет измерять температуру в помещении с помощью смартфона. Тем не менее, SensorPush включает только подключение Bluetooth, поэтому вам нужно находиться рядом с датчиком для доступа к данным. Датчик имеет диапазон прямой видимости 325 футов. Однако, если соединение с вашим телефоном потеряно, датчик может хранить на борту данные до 20 дней. Как и Temp Stick, он также имеет срок службы батареи примерно один год.
Положительный результат на отсутствие WiFi. Это позволяет компании продавать SensorPush намного дешевле, чем ее конкуренты. Вы также можете приобрести дополнительный WiFi-шлюз, чтобы подключить датчик к Интернету и просматривать данные, когда вас нет дома. Не путайте более низкую цену SensorPush с отсутствием качества. Датчики, изготовленные в Швейцарии, обеспечивают точность и надежность получаемых вами показаний.
Несмотря на ограничения, SensorPush является одним из самых популярных термометров на Amazon, получившим более 2200 пятизвездочных отзывов. Если у вас ограниченный бюджет, это вариант для рассмотрения.
3. Погодные условия WS-8482-X3
ПРОВЕРИТЬ ЦЕНУ НА AMAZON
Если вы хотите серьезно отнестись к мониторингу температуры в вашем доме, выберите Ambient Weather WS-8482-X3. Эта модель может поддерживать семь датчиков, включая дополнительные термогигрометры, дополнительные датчики влажности почвы или плавающие датчики температуры воды. Это один из самых универсальных удаленных мониторов температуры на рынке.
Установка включает в себя базовую станцию/консоль с поддержкой WiFi, которая позволяет просматривать данные без входа в приложение, а также три датчика температуры и влажности. Если вы хотите контролировать несколько комнат или территорий вокруг вашего объекта, то мы рекомендуем WS-8482-X3.
WS-8482-X3 загружает свои данные на AmbientWeather.
«`text Компоненты:
U1 — ATmega328P
U2 — DS18B20 (датчик температуры)
LCD1 — ЖК-дисплей 16×2
R1 — 4.7 кОм
C1, C2 — 22 пФ
X1 — кварцевый резонатор 16 МГц
VCC — +5В Соединения:
U1.VCC, U2.VCC, LCD1.VCC — VCC
U1.GND, U2.GND, LCD1.GND — GND
U1.PB6 — X1.1
U1.PB7 — X1.2
U1.PC6 — RESET
U1.PD4 — LCD1.RS
U1.PD5 — LCD1.E
U1.PD0-PD3 — LCD1.D4-D7
U1.PD7 — U2.DQ
R1: U2.DQ — VCC
C1: U1.PB6 — GND
C2: U1.PB7 — GND Описание:
Датчик DS18B20 подключен к порту PD7 микроконтроллера.
ЖК-дисплей работает в 4-битном режиме.
Микроконтроллер тактируется от внешнего кварца 16 МГц.
Питание схемы — 5В. «`
